焊料性质对焊接的影响

焊料性质对焊接的影响

1.前言

目前各种形式的合金焊料，其最权威的国际规范为J-STD-006。此文献之最新版本为1996.6的Amendment 1，由于资料很新，故早已取代了先前甚为知名的美国联邦规范QQ-S-571。IPC还有一份重要的焊接手册IPC-HDBK-001其中之4. 1，曾定义“熔点”在430℃以下为“软焊”(Soldering)，也就是锡焊。另熔点在430℃以上称为“硬焊”（Brazing），系含银之高温高强度焊接。早期欧美业界，亦称熔点600℉（315℃）以下者为软质焊锡，800℉（427℃）以上者为硬质焊锡。原文Solder定义为锡铅含金之焊料，故中译从金旁为“焊锡”，而利用高热能进行熔焊之Soldering（注意此一特定之单字，并非只加ing而已），则另从火旁用字眼的“焊接”，两者涵义并不完全相同。

2.共熔(晶)焊锡

焊锡焊料（Solder）主要成分为锡与铅，其它少量成分尚有银、铋、铟等，各有不同的熔点（M.P.），但其主要二元合金中以Sn63/Pb37之183℃为最低，由于其液化熔点（Liquidus Point）与固化熔点（Solidus Point）的往返过程中，均无过渡期间的浆态（pasty）出现，也就是已将较高的“液化熔点”与较低的“固化熔点”两者合而为一，故称为“共熔合金”。且因其粗大结晶内同时出现锡铅两种元素，于是又称为“共晶合金”。此种无杂质合金外表很光亮之“共熔组成”（Eute ctic Composition）或“共熔焊锡”（Eutectic Solder），其固化后之组织非常均匀，几无粒子出现。其合金比例之不同将影响到熔点变化，该变化之“平衡相图（Ph ase Diagram）”，图请参考第12期TPCA会刊。

另一种组成接近共熔点的Sn60/Pb40合金，则在电子业界中用途更广，主要原因是Sn较贵，在焊锡性（Solderability）与焊点强度（Joint Strength）几无差异下，减少了3﹪的支出，自然有利于成本的降低。与前者真正共熔合金比较时，此60/40者必须经历少许浆态，故其固化时间稍长，外观也较不亮，但其焊点强度并无不同。不过后者若于其固化过程中受到外力震动时，将出现外表颗粒粗麻之“扰焊”现象（Disturbed）之焊点，甚至还可能发生“缩锡”（Dewetting）之不良情形。

3.焊料之特性

除了“焊锡性”好坏会造成生产线的困扰外，“焊点强度” （Joint Strength）更是产品后续生命的重点。但若按材料力学的观点，只针对完工焊料的抗拉强度（T ensile Strength）与抗剪强度（Shear Strength）讨论时，则并不务实。反而是高低温不断变换的长期热循环（Thermal Cycling，又称为热震荡Thermal Shoc k）过程中，其等焊点由于与被焊物之热胀系数（TCE）不同，而出现塑性变形（Plastic Deformation），再进一步产生潜变（Creep）甚至累积成疲劳（Fatig ue）才是重点所在。因此等隐忧迟早会造成焊点破裂（Crack）不可收拾的场面，对焊点之可靠度危害极大。

组件的金属引脚与组件本体，及与板面焊垫之间的热胀系数（TCE）并不相同，因而在热循环中一定会产生热应力（Stress）进而也如响应斯的出现应变（Strai n），多次热应力之后将再因一再应变而“疲劳”（Fatique），终将使得焊点或封装体发生破裂，此种危机对无脚的SMD组件影响更大。现将常见共熔焊料之一般机械性质整理如下：

3.1共熔点63/37的焊料，其常温中的抗拉强度（Tensile Strength）为7250 P SI，而常见冷轧钢（Cold Rolled Steel）却高达64,000 PSI，但此抗拉强度对焊点强度的影响反不如抗剪强度（Shear Strength）来的大，若加入少量锑后成绩会较好。至于展性（Ductility）与弹性模数（Elastic Modulus）则63/37者均比其它高熔点者二元合金要更好，两合金之导电导热则比纯锡差，且随铅量增加时会呈少许下降。一般63/37者其强度较其它比例更好。多锡者也比多铅者为强。

3.2各种比例的锡铅合金焊料，其强度均比单独锡铅金属较好。比重值则随铅量愈多而增大，呈液态时表面张力与合金比例的关系不大。

3.3焊点抗潜度（Creep）能力的好坏，对可靠度的重要性将远超过抗拉强度。不幸的是愈接近共晶比例而结晶粒子愈粗大者，其潜变也愈大。而柱状结晶的抗潜变能力也不如等轴结晶（Equiaxial）者。焊点合金在长期的负荷下会出现原子结晶格子（Atom Lattice）的重整；也就是焊点经长时间劣化下，最后终究会发生故障，原因当然是长时间应力而带来过度“应变”而成“疲劳”所致。

3.4焊点强弱与助焊剂，焊锡性及IMC有关，由许多试验结果可知，强度与填锡量多少无关，锡量太多反而无益。焊接时间不宜超过5秒，愈久愈糟，焊温也不可太高。

4.低温与高温焊锡

上述共熔焊锡之熔点为183℃，某些对高温敏感的组件而言，其组装时需用到熔点低于183℃者，称为“低温焊锡”（Low Temperature Solder），其实用配方中需另外加入铋（Bismuth，Bi）与铟（Indium，In）。由于加入此二者所形成的焊料都存在着某些缺点（如强度不足），故量产工业尚无法以取代锡铅之共熔焊料。加入铋之冷却后焊点，不易出现膨胀情形，会对焊点造成额外的应力，此种焊点强度不足的隐忧较焊锡性不良更糟。而铟却由于价格太贵也无进入量产用途。至于高温焊料者则以含银者最常见，现分述于后：

4.1含铋焊料

含铋焊料除了焊点会稍有膨胀之不良外，尚因其焊温甚低，有时会导致助焊剂无法全然发挥其活性，以致造成缩锡等焊锡性不良问题。再者是含铋时容易氧化，致使焊点强不足。此点对安全用电的保险丝（Fuses）而言尤其重要，一旦氧化后经常会造成该断而未断之情形，安全上将大打折扣。

4.2含铟焊料

含铟之焊锡也会有焊点强度不足的烦恼，且价格不十分昂贵，但也具有一些优点，如：

(1)沾锡性（Wettability）非常良好。

(2)展性（Ductility）良好，可呈现极佳的抗疲劳性（Fatigue Resistance），甚至还优于锡铅之共熔合金。

(3)焊接动作与锡铅共熔焊料相比较时，就黄金成份熔入所造成的缺失，则含铟焊点者较为轻微。

4.3含银焊料

当零件脚或板面焊垫之表面处理为镀银表面时，则其焊料中若添加少许银份时，则可大大减缓外界银份熔入的缺点。但此等熔点较高的含银焊料通常焊锡性都不好，焊点外表昏暗，机械强度也不足。

5.焊料与制程

5.1合金互熔

锡铅二元合金之焊料，事实上是锡熔进铅中，而所谓的Solder即是二者之“溶液”而已。高温焊接中板面承垫中的铜份也会融入铅与锡中，也就是铜原子会扩散进入熔融的焊料内，并在焊料与底铜之间形成居中的接口层IMC（Cu6Sn5），也唯有如此才能真正的焊牢。一但焊垫外表发生铜面氧化物或其它表面污染物时，

则会阻止铜份的扩散而无IMC的产生，以致无法焊牢。并出现所谓缩锡（Dewe tting）或不沾锡（Non-Wetting）等焊锡性不良的表征。

5.2沾锡过程

沾锡（Wetting）亦称为Tining，其动作说时迟那时快，首先是高温中助焊剂展现活性（Activity），迅速去除金属焊垫表面的氧化物或污物或有机护铜剂等（如Entek），使熔融的焊锡与底铜（或底镍等其它可焊金属）之间，迅速产生如树根般的一薄层“界面合金共化物”（Inter Matalic Compound Intermetallic Co mpound Cu6Sn5），而沾锡及焊牢。

在焊点外观上可见到焊料向外向上扩张地盘的动作，其地盘外缘有一种“固/液/气”三相交会处，隐约中似乎出现“蓄势待发”而奔出的小角度，特称之为沾锡性的接触角（Contact Angle ,θ），亦称为如喷射机般的双反斜角（Dihedral Angl e）。此接触角度愈小，则沾锡性或焊锡性也愈好。

实际上沾锡力量（Wetting Force）是受到几股力量的影响。下图即为其等力量平衡及冷却后的焊点断面说明，现以浅显易懂的语言配合图面说明诠释(请参考第12期TPCA会刊)。

θ角=双反斜角，接触角，或常说的沾锡角。

ｒ=接口之间所出现的表面能(Surface Energies)或力量，系指清洁铜面对焊锡金属的亲和力，亦即产生IMC（Cu6Sn5）时互亲的力量，也就所谓的焊键(Solder Bond)。但铜对铅则不会产生任何亲和力。

r sr=地盘外缘固相与汽相之间的力量，即液锡向外扩张时所呈现的附着力(Adhes ive Force) 此力量愈大时沾锡角愈小，焊锡性也愈好。

r ls=液相与地盘内固相之间的亲合力量，必须要先生成IMC时才会表现出力量，且此力几乎是固定不变的。对整体而言此力只会呈现液相本身向内收缩的内聚力(Cohesive Force)，对向外扩张并无助益。

r lv=液相与汽相间的力量，此力又可再解析成为垂直分力(r lv˙sinθ) 与水平分力(r ˙cosθ); 后者表现得愈大时,沾锡性或焊锡性也愈好。

lv

由图中公式r sr=r ls+r lv˙cosθ，向外扩张的沾锡力量想要最大时，则其水平分力(r lv˙cosθ) 也应最大，也就是θ角要愈小愈好。当θ角=0 时，则cosθ=1,于是向外扩张的沾锡力量r sv也变成最大（亦即焊锡性最好）。

5.3 界面合金共化物IMC

焊接动作之所以能够焊牢，最根本的原因就是焊锡与底金属铜面之间，已产生了IMC(Intermatallic Compound Layer) 之良性接口合金共化物Cu6Sn5，此种如同树根或家庭中子女般之接口层，正是相互结合力之所在。但IMC有时也会在焊锡主体中发现，且呈现粒状或针状等不同外形。其液态时成长之初的厚度约为0.5-1.0μm之间，一旦冷却固化IMC后还会缓缓继续长厚，而且环境温度升高时还将会长的更快，最好不要超2μm。久了之后在原先Cu6,Sn5之η–phas e(注η为希腊字母，读做Eta)良性IMC，与底铜之间还会另外生出一层恶性ε-p hase(注: ε 读做Epsilon) 的Cu3Sn. 此恶性者与原先良性者本质上完全不同，一旦ε-phase出现后其焊点强度即将渐趋劣化，脆性逐渐增加，IMC本身松弛，甚至整体焊点逐渐出现脱裂浮离等生命终期的到来。

一般IMC的性质与所组成的金属完全不同，常呈现脆性高、导电差，且很容易钝化或氧化等进一步毁坏之境界。并具有强烈惰性顽性，一般助焊剂均无法加以清除。常见之IMC除了铜锡之间者，尚有锡镍、锡银、与锡金甚至锡铁等I MC，其等后续平均成长之速度与活化能等比较列表如下：

※各种IMC后续平均成长速率之比较

要注意的是上述铜锡之间IMC的成长情形，系针对其共熔组成的焊料(63/67)而言，其它锡铅比合金对铜生长IMC的速率，则又有不同；但其扩散的过程都是来自底铜中的铜原子而向焊锡中逐渐渗入，且随周遭温度之上升而加速。

5.4焊点之微结构

锡与铅此二元合金（Binary Alloy）会以任何比例形成各种协调的合金，而其共熔点（Eutectic point）Sn63/pb37 之合金，若仔细观察时会呈现一种多铅溶入锡中的一种固溶体(Solid Solution)。若其熔融液态合金慢慢冷却时，会形成一种粗大结晶(Coarse-Grained)状的合金晶粒，且在结晶中会同时出现两种元素故称为“共晶”，但在其它重量比之各种组成则所见不多。

其实此种粗大的结晶对焊点强度反而不好，必须具备“细晶”(Fine-grained)的结构者，其强度(strength)与抗疲劳性(Fatigue-resistance)才会更好。不过后续遭遇其它高温的机会也还能改变上述的粗大结晶。至于其它不同成份的焊锡，其结晶组织也各有不同。当组成离开共晶点而往铅方向移动者，其合金将呈现展性(Du ctility)增加及抗潜变(Creep)降低之情形。当朝向锡方向前进时；则抗潜变与硬度都会少许增加。

但当合金组成变为Sn96/Pb4 时，则将成为一种单相的焊锡合金。其结构已不再随温度循环以及热遭遇(Thermal Exposure)而改变，故强度反而提高，展性减少，抗潜变能力也更好，抗疲劳性也增强。然而在PCBA无法忍受太高焊温的现实下，故只好仍沿用接近熔点较低的共晶点焊锡，表面黏装组件(SMD)尤其如此。为了挽救其焊点强度之不足，还可采行下列补强性的措施：

减少板面焊垫与零件以及焊点三者之间热胀系数的落差。

选择适当的焊点外形以减少应力及应变。

放弃无引脚的组件，采用伸脚或勾脚者，以缓冲胀缩的差异。

选择适宜合金比率的焊料。

业界早期曾使用过一种颇为清洁的“蒸气焊接”（Vapor Soldering）制程，即因其焊点结晶十分粗糙而强度不足，再加上其它原因，目前已被淘汰。

5.5焊点的后续故障Solder Joint Failure

一旦引脚、焊点合金、与焊垫(即板材)三种焊接单元之热胀系数无法吻合匹配时，则经过高低温多次变化中，其焊点会因涨缩之疲劳而逐渐发生故障，会因潜变而导致焊点的破裂。Sn63/Pb37之共晶合金由于结晶粗糙，故其耐疲劳性并不好。但若刻意加入2%的银而成为Sn62/Ag2/Pb36者，则其抗拉强度与抗潜变强度都会有极大的改善。在许多前人对各种焊锡合金的研究中发现，Sn96/Ag4 之合金具有最坚强的耐疲劳特性，且经过美国政府与民间过去20年对焊点的研究告(ISBN 0-87339-166-7)指出，焊点故障的主因就是温度变化所造成的“疲劳”(Fatigue)故障。许多完工的组装板，即使放在货架上而并未实际使用，经历一段

时间的日夜温度变化下，就会发现一些通电不良的焊点故障情形。凡三种参与焊接之单元间其热胀系数落差愈大者，则焊点愈容易发生故障。反之则不易出现故障，故规范中所强调的高低温热循环试验(Thermal Cycling Test, -55℃,15分／+125℃,15分，共执行100次)，就是最能接近事实的可靠度试验。

此外，焊点合金在长期负荷下，还容易发生“潜变”(Creep)，这是一种“塑流”(Plastic Flow)所造成的压力纹裂(Stress Rupture)，故组件愈重者愈糟糕(如板面上所装的变压器就是)，需另做其它如螺丝等之补强措施才行。而Sn63/Pb37的抗潜变强度又低于其抗拉强度，且高温中连接的成绩更差，如125℃时前者只有1.4-3.4 Mpa 而已。

6.锡膏Solder Paste Or Solder Cream

6.1.概况

目前电子业用于SMT熔焊（Reflow）的锡膏规范，现行者为J–STD–005（1995.

1.）已取代著名的美国联邦规范QQ–S–571，而下一代新版本的J–STD–005A亦正在修订中。“锡膏”顾名思义是将零件脚（不管是伸脚、勾脚或BGA用的球脚等）以其黏着力（Tack Force）暂时加位定位，再经高温使熔焊成为焊点之特殊焊料是也。

锡膏的组成是由锡铅合金的小粒微球（正式称焊锡粉Solder Powder），再混以特殊高黏度的助焊膏混合物（称为助焊性黏合剂Flux Binder）而成灰色的膏体，可供印刷黏着或其它方式施工，而在板面焊垫上予以适量分布配给，做为多点同时熔焊的焊料用途。

锡膏本身是一种多相的“非牛顿流体”（指流速不受外力与黏度的支配而受到剪率（Shear Rate）的主宰，如蕃茄酱即是），其中含有特殊专密的（Propritary）“抗垂流剂”（Thixotropic Agent，又称为摇变剂），使锡膏具有可顺利印刷以及着落在定点后，即不再轻易流动的特性，以防止密垫之间的相互垂流而坍塌。其中所加入的助焊剂需不可具有腐蚀性，并以容易清洗清除为原则。目前“免洗”的流行，故熔焊后焊点附近所被逐出的有机物，亦需对整体组装品无害才行。

6.2.锡粉Solder Powder

锡粉系由熔融的液态焊锡，经由喷雾（Atomizing）或自转甩出于氮气中，再经冷却坠落及筛除掉一些长形或不规则状的粒子，而得到尽量要求大小一致的球体。为刻意方便印刷中的流动及印着点的堆积实在起见，各种等级的锡膏中，其球径大小之百分比分配也各有不同，但主球体重量比值在82–92％之间，当然

各种小粒焊球的成份必须保持稳定一致，则是无庸置疑的事。不过经分析Sn63／Pb37的焊粒后，事实上还是会发现纯锡或是Sn10／Pb90等不同成份的小球存在，这可能是供货商刻意为调整特殊需求而加入的。

再者锡粉表面难免不会氧化，“表面积／体积”比值愈大者则氧化机会也愈大。氧物物当然不利于熔焊的进行，而且还容易引发溅出而形成焊后的不良锡球。又当锡粉之粒径及外形相差过于悬殊时，对网版或钢板印刷甚至注射法的施工都很不利，常会造成出口的堵塞（Log jams）。不过经验中也曾学习到锡粉中还须备有着某种“不均匀外形”者之比率存在，如此方可减少熔焊前预热中锡膏的坍塌（S lump），当然最好还是由Binder来控制此种缺陷才是正途。总之锡粉的球状均匀度（Uniformity ﹠Sphere）已经成为品管的要项之一了。

6.3.锡粉粒径的选择

当锡膏中的锡粉粒子愈小时，其形成焊点后向外逸出不良锡球之机会也就愈大。此乃因其“表面积／体积”的比值愈大时，也需要较多的助焊剂以减少其氧化，因而一些较小粒子者（15μm以下）就很容易在熔焊时从主体中被“冲挤”出来。故各型锡膏配置时必须订定其选用粒径大小（Particle size），与其重量百分比的分配（Size Distribution）两种参数，以适应印刷时开口的大小及减少不良锡球的产生。

下二表即J–STD–005中6种型别锡膏的锡粉粒经与分配情形．

表：按标称粒度重量百分比所组成之三种粗粒锡膏

表：按标准粒度重量百分比所组成之三种细粒锡膏

6.4.锡膏中有机物的影响

锡膏的黏度太低时，不但所印膏体定位困难（至少保持2–3小时不变形），且很容易造成坍塌及熔焊后的搭桥短路。由于其黏度又与环境温度有直接的关系，故未操作使用时，应储存在冰箱中（还可防止吸湿）。从实验结果得知，每上升4℃时其黏度值即下降10％。因而锡膏的印刷及零件的放置区，其室温的降低及稳定是何等重要了。且零件放置前及引脚黏妥后的预热温度与时间均不宜过头，以减短路与锡球的发生。再者溶剂含量也是造成不良锡球原因之一，溶剂太多自然容易出现搭桥。而当助焊剂之软化点（Softtening Point）太低时搭桥比例也会增大；但若其软化点太高时则分子量必大，在内聚力加强之下，将使之不易分散及清洗。

6.5熔焊中锡球的烦恼

早先流行清洗的年代，锡膏熔焊后发生锡球的烦恼尚不很严重，只要体积不是太小（5mil以上），引脚密度不是太密者都可以被冲洗干净。然而自从服膺环保的要求，推动“免洗”制程之下，焊熔后大小锡球都成了痛苦的梦魇。究其原因而着手解决数种办法不少，现介绍一些实用者如下：

(1)锡膏印着量太多或印着位置偏移，以致造成溅出者；可从减小开口面积或减薄铜板厚度，以改善对准度方面带来的锡球。

(2)锡膏中溶剂太多，或吸水后黏度降低（应降低印刷现场的湿度与锡膏在铜板上停留的时间）造成熔合时溅出，减少其溶剂与吸水即可。

(3)配方中较小粒径的锡粉太多，一旦未及熔合成为主体者即可能被排除在外而成锡球。

(4)氧化物太多或灰尘之吸附，造成焊锡性不良。在不易熔合成主体下，即有部分会飞散出去。

(5)预热过度常造成氧化增加、黏度降低；须认真作实验选出最好的升温曲线。或因事先放置零件时，踩脚力量过大也会造成锡球。

(6)板面绿漆硬化不足，造成溅锡之容易附着。可采棉花棒沾二氯甲烷去擦拭绿漆表面，观察是否掉色即大概知晓绿漆的硬化情形。

(7)电路板SMT焊垫之表面处理层（如喷锡、OSP护铜剂、化镍、浸金、与浸银或浸锡等），其等状况也会影响到锡球的多寡、其中以喷锡板的锡球较多。

影响焊接质量的因素与解决方案

影响焊接质量的因素及解决方案 图1 油箱 近年来随着汽车、拖拉机、航空航天、建筑以及运输等工业的飞速发展，相应的工业设备在其产品结构、加工工艺及应用领域不断更新、发展，对产品的加工质量要求不断提高，电阻焊机已成为工业产品覆盖件及零部件加工的主要焊接设备。 电阻焊机在生产过程中可以对各种形状的覆盖件产品进行焊接加工，实现工件的缝焊、凸焊、对焊和点焊的加工过程。它的优点是速度快、深度大、变形小而且生产效率高，并可实现柔性化和智能化控制，可对低碳钢板、合金钢板、镀层钢板和不锈钢板等进行有效地焊接，凭借其高效、独特的加工方式在工业生产过程当中得到了广泛的应用。 电阻焊接过程较为复杂，包含了多种影响焊接质量的因素，如被焊材料、焊接电流、电极压力、焊接时间、设备冷却、电极材料、形状及尺寸、分流和工件表面状态等。如果操作人员在焊接生产过程中不能够掌握正确的焊接方法、技术参数和加工工艺，将给焊接质量控制带来较大的困难。

图2 缝焊机 影响焊接质量的因素 1.被焊材料对焊接质量的影响 被焊材料在实施焊接之前必须进行清洁处理，清理方法分机械清理和化学清理两种。常用的机械清理方法有喷砂、喷丸、抛光以及用纱布或钢丝刷等。被焊材料表面的油污和锈斑会使电极与工件之间的电阻增大、焊点不牢固及焊接过程中产生飞溅，使焊接质量下降。例如在缝合油箱（如图1）或暖气片之类要求密闭的工件时，更应将被焊材料的表面处理干净，因工件需要缝合焊接一周，如果有一处没有处理干净，就会在这一处出现缝合不牢，在工件试压过程中发生漏气现象。对于此类焊接要求较高的工件需用化学清理，用清洗设备配合高温清洗液将工件清洗干净才能够进行焊接生产。用于缝合油箱的缝焊机如图2所示。 2.焊接电流及时间对焊接质量的影响 整个焊接的加工过程由4个基本环节来控制：图3中控制箱面板上的1、2、3和4分别为加压、焊接、维持和休息4个程序，这4个环节循环工作，必要时可增加附加程序。焊接电流的参数调整对焊接质量的控制至关重要，采用递增的调幅电流可以减小挤出金属。被焊金属的性能和厚度是选择焊接电流的主要依据，电流大小和焊接时间、电极压力、维持时间、工件厚度及工件材质等密切相关。焊接时间由焊接电流和凸点刚度决定，焊接时间的调整以周波的整倍计算（一周为0.02s）。通电时间的长短直接影响电流输入热量的大小，由于电极是水冷却，电极上散失的热量往往是输入总热量的一半，要相互配合调整。在生产过程中，多台焊机的同时工作和电网电压的波动都会对焊接电流产生一定的影响，应考虑电网电压的补偿和采用恒电流方式

金属材料的焊接性能汇总

金属材料的焊接性能 （2014.2.27） 摘要：对各种常用金属材料的焊接性能进行研究，通过参考各类焊接丛书及焊接前辈多年的经验总结，对常用金属材料的焊接工艺可行性起指导作用。 关键词：碳当量；焊接性；焊接工艺参数；焊接接头 1 前言 随着中国特种设备制造业的不断发展，我们在制造产品时所用到的金属材料种类也在不断增加，相应地所必须掌握的各种金属材料的焊接性能也在不断研究和更新中，为了实际产品制造的焊接质量，熟悉金属材料的焊接性能，以制定正确的焊接工艺参数，从而获得优良的焊接接头起到至关重要的指导作用。 2 金属材料的焊接性能 2.1 金属材料焊接性的定义及其影响因素 2.1.1 金属材料焊接性的定义 金属材料的焊接性是指金属材料在采用一定的焊接工艺包括焊接方法、焊接材料、焊接规范及焊接结构形式等条件下，获得优良焊接接头的能力。一种金属，如果能用较多普通又简便的焊接工艺获得优良的焊接接头，则认为这种金属具有良好的焊接性能金属材料焊接性一般分为工艺焊接性和使用焊接性两个方面。 工艺焊接性是指在一定焊接工艺条件下，获得优良，无缺陷焊接接头的能力。它不是金属固有的性质，而是根据某种焊接方法和所采用的具体工艺措施来进行的评定。所以金属材料的工艺焊接性与焊接过程密切相关。 使用焊接性是指焊接接头或整个结构满足产品技术条件规定的使用性能的程度。使用性能取决于焊接结构的工作条件和设计上提出的技术要求。通常包括力学性能、抗低温韧性、抗脆断性能、高温蠕变、疲劳性能、持久强度、耐蚀性能和耐磨性能等。例如我们常用的S30403，S31603不锈钢就具有优良的耐蚀性能，16MnDR，09MnNiDR低温钢也有具备良好的抗低温韧性性能。

焊接材料对焊接质量的影响1

焊接材料对焊接质量的影响 焊接材料（焊条、焊丝、焊剂）的成分对焊缝金属的化学成分、组织与性能有重要的影响。为了使焊缝金属具有所要求的成分与性能，必须保证焊接材料中有益的合金元素含量和严格控制有害杂质的含量。 1 焊缝金属的合金化 （1）焊缝金属的合金化就是把所需的合金元素通过焊接材料过渡到焊缝金属（或堆焊金属）中去。焊接中合金化的目的是补偿焊接过程中由于蒸发、氧化等原因造成的合金元素的损失，消除焊接缺陷（裂纹、气孔等）和改善焊缝金属的组织和力学性能，或者是获得具有特殊性能的堆焊金属。 对金属焊接性影响较大的合金元素主要有C、Mn、Si、Cr、Ni、Mo、Ti、V、Nb、Cu、B等；低合金钢焊接中提高热影响区淬硬倾向的元素有C、Mn、Cr、Mo、V、W、Si等；降低淬硬倾向的元素有Ti、Nb、Ta等。还应特别注意一些微量元素的作用，如B、N、RE等。 焊接中常用的合金化方式有以下几种。 ①应用合金焊丝或带极把所需要的合金元素加入焊丝、带极或板极内，配合碱性药皮或低氧、无氧焊剂进行焊接或堆焊，把合金元素过渡到焊缝或堆焊层中去。这种合金化方式的优点是可靠，焊缝成分均匀、稳定，合金损失少；缺点是制造工艺复杂，成本高。对于脆性材料，如硬质合金不能轧制、拔丝，故不能采用这种方式。 ②应用合金药皮或非熔炼焊剂把所需要的合金元素以铁合金或纯金属的形式加入药皮或非 熔炼焊剂中，配合普通焊丝使用。这种合金化方式的优点是简单方便，制造容易，成本低；缺点是由于氧化损失较大，并有一部分合金元素残留在渣中，故合金利用率较低，合金成分不够稳定、均匀。 ③应用药芯焊丝或药芯焊条药芯焊丝的截面形状是各式各样的，最简单的是具有圆形断面的，外皮可用低碳钢其他合金钢卷制而成，里面填满需要的铁合金及铁粉等物质。用这种药芯焊丝可进行埋弧焊、气体保护焊和自保护焊，也可以在药芯焊丝表面涂上碱性药皮，制成药芯焊条。这种合金过渡方式的优点是药芯中合金成分的配比可以任意调整，因此可行到任意成分的堆焊金属，合金的损失较少；缺点是不易制造，成本较高。 ④应用合金粉末将需要的合金元素按比例配制成具有一定粒度的合金粉末，把它输送到焊接区，或直接涂敷在焊件表面或坡口内。合金粉末在热源作用下与母材熔合后就形成合金化的堆焊金属。这种合金过渡的优点是合金成分的比例调配方便，不必经过轧制、拔丝等工序，合金损失小；缺点是合金成分的均匀性较差，制粉工艺较复杂。 此外，还可通过从金属氧化物中还原金属元素的方式来合金化，如硅、锰还原反应。但这种方式合金化的程度是有限的，还会造成焊缝增氧。 在实际生产中可根据具体条件和要求选择合金化方式。焊接材料中的合金成分是决定焊缝成分的主要因素。改进和研制焊条、焊丝、焊剂时，必须根据焊接接头工作条件设计焊缝金属的最佳化学成分，以保证焊缝性能满足使用要求。 （2）熔合比及合金过渡系数

钢材中各元素对性能性的影响

钢材中各元素对性能性的影响 1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和 冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此 用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高 还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀； 此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。 2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢 含有0.15－0.30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就 算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度， 故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入 1.0－1.2%的硅， 强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀 性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4%的低碳钢，具 有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低 钢的焊接性能。 3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢 中含锰0.30-0.50%,在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度， 提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点 高40%。含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性 能。 4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，

使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求 钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。 5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降 低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性 能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改 善切削加工性，通常称易切削钢。 6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐 磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐 腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。 7、镍(Ni)：镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍 对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但 由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬 钢。 8、钼(Mo)：钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高 温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力，发 生变形，称蠕变)。结构钢中加入钼，能提高机械性能。还可以 抑制合金钢由于火而引起的脆性。在工具钢中可提高红性。9、钛(Ti)：钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化 晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在铬18 镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛，可避免晶间腐蚀。 10、钒(V)：钒是钢的优良脱氧剂。钢中加0.5%的钒可细化组织晶

第一章--焊接质量控制

第一章焊接质量控制 教学目标： 一、了解焊前和焊接过程中的常规质量控制项目及其要求； 二、熟悉并掌握各种焊接方法中的焊缝外观质量检验项目及相关标准； 三、了解致密性试验方法的种类和适用条件。 一、任务导入： 随着现代焊接技术的迅猛发展、焊接生产水平的不断提高和国际焊接制品贸易的日益扩大，为了保证焊接产品的质量，有效地利用资源，保护用户的利益，焊接产品的质量管理逐步走上了规范化、标准化的道路。1987年3 月，国际标准化组织（ISO）正式发布了IS09000?9004关于质量管理和质量保证的标准系列。1994年和2000年，国际标准化组织两次修订IS09000族标准，使之更为简化、重点更加突出，更加科学、普适，并将质量保证体系提高到质量管理体系的水平。我国相应于2000年发布了等效采用该国际标准系列的GB/T19000：2000《质量管理体系》标准系列。 众所周知，焊接结构（件）在现代科学技术和生产中得到了广泛应用。随着 锅炉、压力容器、化工机械、海洋构造物、航空钪天器和原子能工程等向髙参数及大型化-方向发展，工作条件日益苛刻、复杂。显然，这些焊椟结构（件）必须是髙质量的，否则，运行中出现事故必将八成惨重的损失。诚然，迅速发展的现代焊接技术，已能在很大程度上保证其产品质量，但由于焊接接头为一性能不均匀体，应力分布又复杂，制造过程中亦作不到绝对的不产生焊接缺陷，更 不能排除产品在役运行中出现新的缺陷。因而为获得可靠的焊接结构（件）还必须走第二条途径，即采用和发展合理而先进的焊接检验技术。 现代质量管理认为，为使产品达到所要求的各项质量指标，应从生产的每一道工序抓起，通过控制和调整影响工序质量的因素来保证。而工序质量又要 通过工作质量，采取各种管理手段来实现。因此，在质量管理工作中，要以工 作质量来保证工序质量，用工序质量来保证产品质量。 可见为实现质量目标，就必须在管理体制上建立一套有效的、便于操作的质量管理体系。并且将这套体系应用于产品的整个制造过程中。

焊接冶金学-材料焊接性-课后答案 李亚江版

焊接冶金学材料-焊接性课后习题答案 第一章：概述 第二章：焊接性及其实验评定 1.了解焊接性的基本概念。什么是工艺焊接性？影响工艺焊接性的主要因素有哪些？ 答：焊接性是指同质材料或异质材料在制造工艺条件下，能够焊接形成完整接头并满足预期使用要求的能力。影响因素：材料因素、设计因素、工艺因素、服役环境。 第三章：合金结构钢 1．分析热轧钢和正火钢的强化方式和主强化元素又什么不同，二者的焊接性有何差别？在制定焊接工艺时要注意什么问题？ 答：热轧钢的强化方式有：（1）固溶强化，主要强化元素：Mn，Si。（2）细晶强化，主要强化元素：Nb,V。（3）沉淀强化，主要强化元素：Nb,V.；正火钢的强化方式：（1）固溶强化，主要强化元素：强的合金元素（2）细晶强化，主要强化元素：V,Nb,Ti,Mo（3）沉淀强化，主要强化元素：Nb,V,Ti,Mo.；焊接性：热轧钢含有少量的合金元素，碳当量较低冷裂纹倾向不大，正火钢含有合金元素较多，淬硬性有所增加，碳当量低冷裂纹倾向不大。热轧钢被加热到1200℃以

上的热影响区可能产生粗晶脆化，韧性明显降低，而是、正火钢在该条件下粗晶区的V析出相基本固溶，抑制A长大及组织细化作用被削弱，粗晶区易出现粗大晶粒及上贝、M-A等导致韧性下降和时效敏感性增大。制定焊接工艺时根据材料的结构、板厚、使用性能要求及生产条件选择焊接。 2．分析Q345的焊接性特点，给出相应的焊接材料及焊接工艺要求。 答:Q345钢属于热轧钢，其碳当量小于0.4％，焊接性良好，一般不需要预热和严格控制焊接热输入，从脆硬倾向上，Q345钢连续冷却时，珠光体转变右移，使快冷下的铁素体析出，剩下富碳奥氏体来不及转变为珠光体，而转变为含碳量高的贝氏体与马氏体具有淬硬倾向，Q345刚含碳量低含锰高，具有良好的抗热裂性能，在Q345刚中加入V、Nb达到沉淀强化作用可以消除焊接接头中的应力裂纹。被加热到1200℃以上的热影响区过热区可能产生粗晶脆化，韧性明显降低，Q345钢经过600℃×1h退火处理，韧性大幅提高，热应变脆化倾向明显减小。；焊接材料：对焊条电弧焊焊条的选择：E5系列。埋弧焊：焊剂SJ501，焊丝H08A/H08MnA.电渣焊：焊剂HJ431、HJ360焊丝H08MnMoA。CO2气体保护焊：H08系列和YJ5系列。预热温度：100～150℃。焊后热处理：电弧焊一般不进行或600～650℃回火。电渣焊900～930℃正火，600～650℃回火

各种材料的焊接性能

金属材料的焊接性能 （1）焊接性能良好的钢材主要有： 低碳钢（含碳量<0.25）；低合金钢（合金元素含量1～3、含碳量<0.20）；不锈钢（合金元素含量>3、含碳量<0.18）。 （2）焊接性能一般的钢材主要有： 中碳钢（合金元素含量<1、含碳量0.25～0.35）；低合金钢（合金元素含量<3、含碳量<0.30）；不锈钢（合金元素含量13～25、含碳量￡0.18） （3）焊接性能较差的钢材主要有： 中碳钢（合金元素含量<1、含碳量0.35～0.45）；低合金钢（合金元素含量1～3、含碳量0.30～0.40）；不锈钢（合金元素含量13、含碳量0.20）。 （4）焊接性能不好的钢材主要有： 中、高碳钢（合金元素含量<1、含碳量>0.45）；低合金钢（合金元素含量1～3、含碳量>0.40）；不锈钢（合金元素含量13、含碳量0.30～0.40）。 焊条和焊丝选择的基本要点如下： 同类钢材焊接时选择焊条主要考虑以下几类因素： 考虑工件的物理、机械性能和化学成分；考虑工件的工作条件和使用性能； 考虑工件几何形状的复杂程度、刚度大小、焊接坡口的制备情况和焊接部位所处的位置等；考虑焊接设备情况；考虑改善焊接工艺和环保；考虑成本。 异种钢材和复合钢板选择焊条主要考虑以下几类焊接情况： 一般碳钢和低合金钢间的焊接；低合金钢和奥氏体不锈钢之间的焊接；不锈钢复合钢板的焊接。 焊条和焊丝的选择参数查阅机械设计手册中焊条和焊丝等章节和焊条分类及型号（GB 980-76）、焊条的性能和用途（GB 980～984-76）等有关国家标准。 ###15CrMoR的换热器的热处理工艺 ***当板厚超过筒体内径的3％时，卷板后壳体须整体热处理。 *** 15CrMoR焊接性能良好。手工焊用E5515-B2（热307）焊条，焊前预热至200-250℃（小口径薄壁管可不预热），焊后650-700℃回火处理。自动焊丝用H13CrMoA和焊剂250等。 ###压力容器用钢的基本要求 压力容器用钢的基本要求：较高的强度,良好的塑性、韧性、制造性能和与相容性。 改善钢材性能的途径：化学成分的设计,组织结构的改变,零件表面改性。 本节对压力容器用钢的基本要求作进一步分析。 一、化学成分 钢材化学成分对其性能和热处理有较大的影响。 1、碳:碳含量增加时，钢的强度增大，可焊性下降，焊接时易在热影响区出现裂纹。 因此压力容器用钢的含碳量一般不应大于0.25%。2、钒、钛、铌等：在钢中加入钒、钛、铌等元素，可提高钢的强度和韧性。

元素含量对奥氏体不锈钢性能的影响

元素含量对奥氏体不锈钢性能的影响奥氏体不锈钢含有较多的Cr、Ni、Mn、N等元素。与铁素体不锈钢和马氏体不锈钢相比，奥氏体不锈钢除了具有较高的耐腐蚀性外，还有许多优点。它具有很高的塑性，容易加工变形成各种型材，如薄板、管材等；加热时没有同素异构转变，即没有γ和α之间的相变，焊接性好；低温韧性好，一般情况下没有冷脆倾向；奥氏体不锈钢不具有磁性。由于奥氏体不锈钢的再结晶度比铁素体不锈钢的高，所以奥氏体不锈钢还可以用于550℃以上工作的热强钢。 奥氏体不锈钢是应用最广的不锈钢，约占不锈钢总产量的2/3。由于奥氏体不锈钢具有优异的不锈钢酸性、抗氧化性、高温和低温力学性能、生物相容性等，所以在石油、化工、电力、交通、航天、航空、航海、能源以及轻工、纺织、医学、食品等工业上广泛应用。 1.高钼（Mo＞4%）奥氏体不锈钢 高钼奥氏体不锈钢的典型代表是：00Cr18Ni16Mo5和00Cr18Ni16Mo5N。因为含钼量高，所以在耐还原性酸和耐局部腐蚀方面性能有很大提高，可用于更加苛刻的腐蚀环境中。含氮00Cr18Ni16Mo5N钢，由于氮的加入，奥氏体更加稳定，由于铁素体的生成，σ（χ）等脆性相的析出受到一定抑制。 00Cr20Ni25Mo4.5Cu由于此钢含有更高的Cr、Ni、Mo等元素，加之Mo与Cu的复合作用，使00Cr20Ni25Mo4.5Cu既在含Cl离子的水介质中耐点蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀的能力有显著提高，图1～图4系在不同温度H2SO4、H3P O4和含F-50%H3P O4中

耐全面腐蚀和在氯化物水介质中耐应力腐蚀的实验结果。可以看出00Cr20Ni25Mo4.5Cu 比18-12-2型不锈钢的耐蚀范围有所扩大。 图1 00Cr20Ni25Mo4.5Cu 在H 2SO 4中的腐蚀 图2 00Cr20Ni25Mo4.5Cu 在H 3PO 4 中的腐蚀(≤0.1mm/a) 图3 00Cr20Ni25Mo4.5Cu 在50℃含HF 的50%P 2O 5溶液中的腐蚀

SMT焊接质量影响因素及控制方法

SMT焊接质量影响因素及控制方法随着经济和科技的发展，电子应用技术趋于智能化、多媒体化和网络化，这使得人们对电子电路组装技术提出了更高的要求，即要能满足高密度化、高速化及标准化,于是电子装联装配技术全面转向SMT。特别是近年来，中国电子信息产品制造业加快了发展步伐，每年都以20%以上的速度高速增长，成为国民经济的新兴的支柱产业，整体规模连续三年居全球第2位。与此同时，中国的SMT技术及产业也同步迅猛发展，取得了不少成就，但是坦率来说还是存在很多问题，主要体现在规模小、技术含量水平不高、高水平技术人才和管理人才缺乏、制造服务能力不全面等方面。虽然在一些方面存在不足，但是市场的竞争却越来越激烈，出现了相互压价，相互贬低，甚至低于合理成本接单等不正当竞争行为。提供SMT服务的组装厂要在如此激烈的竞争环境中立于不败之地，就必须从降低生产成本和提高焊接质量两方面来入手。一方面，降低成本的最有效方式就是优化生产流程以提高生产效率，各焊接厂也都在不断的摸索和改进，逐步形成了比较成熟的生产模式和流程。另一方面，对从事SMT加工服务的企业来说，优质的焊接质量才是立足之本，才是与别人竞争的资本和筹码，因此焊接质量的保证显得尤为重要。以下将从SMT过程的各相关方面来分析影响焊接质量的主要因素和控制方法。 提到SMT的焊接质量，我们首先可能都会想到回流焊的工艺和控制，这是没错的，回流焊确实是SMT关键工序之一，表面组装的质量直接体现在回流焊的结果之中，但SMT焊接质量问题却不完全是回流焊工艺造成的。SMT焊接质量除了与回流工艺（温度曲线）有直接关系外，还与PCB设计、网板设计、元件可焊性、生产设备状态、焊膏质量、加工工序工艺控制以及操作人员素质和车间管理水平都有密切关系一、 PCB设计和网板设计SMT的焊接质量与PCB的可制造性设计有直接的、十分重要的关

第二章焊接材料的组成及作用

第二章 焊接材料的组成及作用 1、焊条的工艺性能包括哪些方面？焊条的工艺性能对焊条及焊接质量有什么意义？ 1）焊条的工艺性能包括： ①焊接电弧的稳定性 ②焊缝成形 ③各种位置焊接的适应性 ④飞溅⑤脱渣性 ⑥焊条溶化速度 ⑦焊条药皮发红 ⑧焊接烟尘 2) 焊条的工艺性能： 是指在焊接操作中的性能，是衡量焊接质量的重要指标之一，可以降低电弧气氛的电离电位，因而能提高电弧的稳定性;焊缝表面成形不仅影响美观，更重要的是影响焊接接头的力学性能如果熔渣的凝固温度过高，就会产生压铁水的现象，严重影响焊缝成形，甚至产生气孔，良好的焊条能适应全位置焊接脱渣性差的不仅造成清渣的困难，降低焊接生产率，而且在多层焊施工时，还往往产生夹渣的缺陷。 2、综合分析碱性焊条药皮中2CaF 的作用及对焊缝性能的影响。 它的主要作用是脱氧，在焊条药皮中加入2CaF 发生的焊接冶金反应生成HF 气体，HF 是比较稳定的气体，高温时不易发生分解，也不溶于液体金属中，而是与焊接烟尘一起挥发了，所以减低熔池金属中的H 含量，提高了焊缝金属的冲击韧性和抗裂性能。 3、配置22CaF TiO SiO CaO ---渣系焊条，经初步试验发现药皮套筒过长，电弧不稳，此时应该如何调整该焊条的药皮配方？ 药皮套筒过长，是因为药皮熔点过高，溶化速度过慢，则可以通过减少药皮中CaO ，而适当加入些3232N CO a CO K 或，电弧不稳是因为焊条药皮中含2CaF 生成HF 气体的缘故，可适当降低2CaF 含量。 4、试分析低氢型碱性焊条降低发尘量及毒性的主要途径。 低氢型碳钢焊条的焊接烟尘量高于钛钙型焊条，烟尘中危害最大的是KF ，NaF ，而钠钾主要存在于水玻璃中，故可用树脂来降低水玻璃的粘性作用。

金属的焊接性

金属的焊接性 一、金属焊接性 1.概念：金属焊接性就是金属是否能适应焊接加工而形成完整的、具备一定使用性能的焊接接头的特性。 含义：一是金属在焊接加工中是否容易形成缺陷；二是焊成的接头在一定的使用条件下可靠运行的能力。 评价标准：如果某种金属采用简单的焊接工艺就可获得优质焊接接头并且具有良好的使用性能或满足技术条件的要求，就称其焊接性好；如果只有采用特殊的焊接工艺才能不出缺陷，或者焊接热过程会使接头热影响区性能显著变坏以至不能满足使用要求，则称其焊接性差。 2.影响焊接性的因素 1）材料因素 材料是指用于制造结构的金属材料及焊接所消耗的材料。前者称为母材或基本金属，即被焊金属。后者称为焊接材料包括焊条、焊丝、焊剂、保护气体等。 材料因素包括化学成分、冶炼轧制状态、热处理状态、组织状态和力学性能等。其中化学成分(包括杂质的分布与含量)是主要的影响因素。碳对钢的焊接性影响最大。含碳量越高，焊接热影响区的淬硬倾向越大，焊接裂纹的敏感性越大。也就是说，含碳量越高焊接性越差。除碳外钢中的一些杂质如氧、硫、磷、氢、氮以及合金钢中常用的合金元素锰、铬、钴、铜、硅、钼、钛、铌、钒、硼等都不同程度地增加了钢的淬硬倾向使焊接性变差。 若焊接材料选择不当或成分不合格，焊接时也会出现裂纹、气孔等缺陷，甚至会使接头的强度、塑性、耐蚀性等使用性能变差。 2）设计因素 设计因素是指焊接结构在使用中的安全性不但受到材料的影响而且在很大程度上还受到结构形式的影响。例如结构刚度过大或过小，断面突然变化，焊接接头的缺口效应，过大的焊缝体积以及过于密集的焊缝数量，都会不同程度地引起应力集中，造成多向应力状态而使结构或焊接接头脆断敏感性增加。 3）工艺因素 工艺因素包括施焊方法(如手工焊、埋弧焊、气体保护焊等)、焊接工艺(包括焊接规范参数、焊接材料、预热、后热、装配焊接顺序)和焊后热处理等。在结构材料和焊接材料选择正确、结构设计合理的情况下工艺因素是对结构焊接质量起决定性作用的因素。 4）使用因素 使用因素指焊接结构的工作温度、负荷条件(动载、静载、冲击、高速等)和工作环境(化工区、沿海及腐蚀介质等)。一般来讲环境温度越低钢结构越易发生脆性破坏，承受交变载荷的焊接结构易发生疲劳破坏。 二、如何分析金属的焊接性 （一）从金属的特性分析焊接性 1.化学成分 1）碳当量法 钢材中的各种元素，碳对淬硬及冷裂影响最显著，所以有人将钢材中各种元素的作用按照相当于若干含碳量折合并迭加起来，求得所谓的“碳当量”(C eq)，以C eq值的大小估价冷裂纹倾向的大小，认为C eq值越小，钢材的焊接性能越好。 碳当量公式没有考虑元素之间的交互作用，也没有考虑板厚、结构拘束度、焊接工艺、含氢量等因素的影响。因而用碳当量评价焊接性是比较粗略的，使用时应注意条件。 2）焊接冷裂纹敏感系数

元素对焊接性能的影响

元素对焊接性能的影响 碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。 2、硅（SI）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有－%的硅。如果钢中含硅量超过硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入－%的硅，强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接性能。 3、锰（MN）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰－%。在碳素钢中加入%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，

如16MN钢比A3屈服点高40%。含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。 4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于%，优质钢要求更低些。 5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于%，优质钢要求小于%。在钢中加入的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。 6、铬（CR）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。 7、镍(NI)：镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。

材料焊接性考试重点试题及答案

3.5.分析低碳调质钢焊接时可能出现的问题？简述低碳调质钢的焊接工艺要点，典型的低碳调质钢如(14MnMoNiB、HQ70、HQ80)的焊接热输入应控制在什么范围？在什么情况下采用预热措施，为什么有最低预热温度要求，如何确定最高预热温度。 答：焊接时易发生脆化，焊接时由于热循环作用使热影响区强度和韧性下降。焊接工艺特点：焊后一般不需热处理，采用多道多层工艺，采用窄焊道而不用横向摆动的运条技术。。典型的低碳调质钢的焊接热输入应控制在Wc＞0.18％时不应提高冷速，Wc＜0.18％时可提高冷速（减小热输入）焊接热输入应控制在小于481KJ/cm当焊接热输入提高到最大允许值裂纹还不能避免时，就必须采用预热措施，当预热温度过高时不仅对防止冷裂纹没有必要，反而会使800～500℃的冷却速度低于出现脆性混合组织的临界冷却速度，使热影响区韧性下降，所以需要避免不必要的提高预热温度，包括屋间温度，因此有最低预热温度。通过实验后确定钢材的焊接热输入的最大允许值，然后根据最大热输入时冷裂纹倾向再来考虑，是否需要采取预热和预热温度大小，包括最高预热温度。 4.3. 18-8型不锈钢焊接接头区域在那些部位可能产生晶间腐蚀，是由于什么原因造成？如何防止？答：18-8型焊接接头有三个部位能出现

腐蚀现象：{1}焊缝区晶间腐蚀。产生原因根据贫铬理论，碳与晶界附近的Cr形成Cr23C6，并在在晶界析出，导致γ晶粒外层的含Cr量降低，形成贫Cr层，使得电极电位下降，当在腐蚀介质作用下，贫Cr层成为阴极，遭受电化学腐蚀；{2}热影响区敏化区晶间腐蚀。是由于敏化区在高温时易析出铬的碳化物，形成贫Cr层，造成晶间腐蚀；{3}融合区晶间腐蚀{刀状腐蚀}。只发生在焊Nb或Ti的18-8型钢的溶合区，其实质也是与M23C6沉淀而形成贫Cr有关，高温过热和中温敏化相继作用是其产生的的必要条件。防止方法：{1}控制焊缝金属化学成分，降低含碳量，加入稳定化元素Ti、Nb；{2} 控制焊缝的组织形态，形成双向组织{γ+15%δ}；{3}控制敏化温度范围的停留时间；{4}焊后热处理：固溶处理，稳定化处理，消除应力处理。 4.7何为“脆化现象”？铁素体不锈钢焊接时有哪些脆化现象，各发生在 什么温度区域？如何避免？答：“脆化现象”就是材料硬度高，但塑性 和韧性差。现象与避免措施：{1}高温脆性：在900~1000℃急冷至 室温，焊接接头HAZ的塑性和韧性下降。可重新加热到750~850℃， 便可恢复其塑性。{2}σ相脆化：在570~820℃之间加热，可析出σ相 。σ相析出与焊缝金属中的化学成分、组织、加热温度、保温时间以 及预先冷变形有关。加入Mn、Nb使σ相所需Cr的含量降低，Ni能使形成σ相所需温度提高。{3}475℃脆化：在400~500℃长期加热后可出 现475℃脆化。适当降低含Cr量，有利于减轻脆化，若出现475℃脆

各元素对焊接的影响

1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。 2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接性能。 3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。 4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。 5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。在钢中加入 0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。 6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。 7、镍(Ni)：镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。 8、钼(Mo)：钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变)。结构钢中加入钼，能提高机械性能。还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。在工具钢中可提高红性。 9、钛(Ti)：钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在铬18镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛，可避免晶间腐蚀。

焊接工艺规范参数对焊接产品质量影响因素的分析

焊接工艺规范参数对焊接产品质量影响因 素的分析 第22卷第9期 2006年9月 甘肃科技 GansuScienceandTechnology V o1.22 Se. No.9 2006 焊接工艺规范参数对焊接产品质量影响因素的分析 谢庆生,王迎君 (1.甘肃省锅炉压力容器检验研究中心,甘肃兰州730030;2.兰州石油化工机械厂,甘肃兰州730050) 摘要:本文重点阐述焊接工艺各规范参数对焊接质量的影响,主要从焊缝形状尺寸与焊接工艺规 范参数的关系,焊缝与熔池的关系延伸到焊接工艺各规范参数与焊接质量的关系进行了详细的分 析,揭示了焊接质量的关键在于焊接热输入的控制. 关键词:焊缝成形系数;焊接质量;焊接工艺规范参数;焊接热输入 中图分类号:TH49 锅炉压力容器是广泛应用于国民经济各部门和 人们生活设施中的,具有爆炸危险的特种设备.它 不但要承受压力,温度和强腐蚀性介质的作用,还要 经受易燃,易爆,剧毒,放射性充装物的考验,工作条 件非常苛刻.通常锅炉压力容器均为焊接结构,所 以焊接质量的好坏,直接关系到产品质量和工程质

量.本文通过分析焊接工艺各规范参数对焊接质量的影响,来探讨焊接工艺与焊接质量之间的关系. 1焊接工艺规范 焊接工艺是承压设备焊接的规定性工艺文件, 带有一定的强制性,其一般要求是: 1)正确性:焊接工艺的正确性是指焊接工艺本 身的各项要求,如坡口形式及尺寸,焊接方法选用, 焊材选择,焊接顺序,焊接工艺参数,预热温度,焊后消氢,焊后热处理,工艺装备,操作要点等,均应符合焊接的基本规则,符合工厂的生产实际. 2)完整性:焊接工艺的完整性有两层含义,一是 对某一产品而言,应包含受压元件之间的焊缝,与受压元件相焊的焊缝均应制定焊接工艺,否则就认为不完整.另一含义是对某一工艺卡而言,对某个节 点所需的焊接工艺参数,施焊要点,工艺装备等均应列出. 3)有效性:焊接工艺有效性,就是能够指导焊接 施工,在施焊过程中得到贯彻. 以上的焊接工艺的一般要求均建立在材料焊接 工艺性的基础之上.焊接工艺性指一种金属可以在很简单的工艺条件下焊接而获得完好的焊接接头, 能够满足使用要求.这里的使用要求主要指焊接接头的强度,韧性等要求,也就是焊接质量的要求. 影响材料焊接工艺性的主要参数有:焊接电流, 焊接电压及焊接速度等,它们对焊接过程的稳定性, 稀释率,焊道形状和熔敷效率,焊缝化学成分及组织的稳定性有直接影响. 如何提高产品的焊接质量?首先我们了解一下 焊缝形状尺寸及其与焊缝质量的关系.

影响焊接接头组织与性能的因素分析

影响焊接接头组织与性能的因素分析 1．材料的匹配 材料的匹配主要是指焊接材料（包括焊剂）的选用，焊接材料将直接影响接头的组织和性能。通常情况下，焊缝金属的化学成分及力学性能与母材相近。但考虑到铸态焊缝的特点和焊接应力的作用，焊缝的晶粒比较粗大并有存在偏析，产生裂纹、气孔和夹渣等焊接缺陷的可能性，因此常通过调整焊缝金属的化学成分以改善焊接接头的性能。 2. 指定母材和焊材时，焊接热输入量，焊接层数，道数，层间温度都有影响。一般来说，热输入不要太大，焊接层数多一些，焊层偏薄一些，热输入量是指热源功率与焊接速度之比。热输入量的大小，不仅影响过热区晶粒粗大的程度，而且直接影响到焊接热影响区的宽度。热输入量越大，则焊接接头高温停留时间越长，过热区越宽，过热现象也越严重，晶粒也越粗大，因而塑性和韧性下降也越严重，甚至会造成冷脆。因此，应尽量采用较小的热输入量，以减小过热区的宽度，降低晶粒长大的程度。在低温钢焊接时尤为重要，应严格控制热输入量，防止晶粒粗化而降低低温冲击韧性。 3要控制好焊接的层间温度，层间温度主要影响的是相变区间，也就是说，不同的层间温度会造成不同的相变温度与相转变时间从而得到不同比例的相组织。一般来说，层间温度过高,会使晶粒长大,强度指标会偏低。低合金钢焊材的层间温度以控制在150℃±15℃为宜。

4另外每一焊道间一定要清理干净，见金属光泽。如果是不锈钢，还应注意冷却速率，注意t-800/500区间不能停留太久。 5．熔合比 熔合比是指在焊缝金属中局部熔化的母材所占的比例。熔合比对焊缝性能的影响与焊接材料和母材的化学成分有关。当焊接材料与母材的化学成分基本相近且熔池保护良好时，熔合比对焊缝的熔合区的性能没有明显的影响。当焊接材料与母材的化学成分不同时，如碳、合金元素和硫、磷等杂质元素的含量不同，那么，在焊缝中紧邻熔合区的部位化学成分变化比较大，变化的幅度与焊接材料同母材间化学成分的差异及熔合比有关。化学成分相差越大，熔合比越大，则变化幅度也越大，不均匀程度及其范围也增加，从而使该区组织变得较为复杂，在一定条件下还会出现不利的组织带，导致性能大大下降。 在生产实践中，为了调节熔合比的大小，除了调节焊接线能量及其他工艺参数（如焊件预热温度、焊条直径等）以外，调节焊接坡口的大小，对熔合比有较大的影响。因为不开坡口，熔合比最大；坡口越大，熔合比就越小。 6．焊接工艺方法 在选择焊接工艺方法时，应根据其对焊接接头组织和性能的影响，结合其他要求综合考虑。 7．焊后热处理 （1）消氢处理消氢处理主要是为了加速氢的扩散逸出，防止产生延迟裂纹。其加热温度很低，不会使焊接接头的组织和性能发生变化。

焊料性质对焊接的影响

焊料性质对焊接的影响 1.前言 目前各种形式的合金焊料，其最权威的国际规范为J-STD-006。此文献之最新版本为1996.6的Amendment 1，由于资料很新，故早已取代了先前甚为知名的美国联邦规范QQ-S-571。IPC还有一份重要的焊接手册IPC-HDBK-001其中之4. 1，曾定义“熔点”在430℃以下为“软焊”(Soldering)，也就是锡焊。另熔点在430℃以上称为“硬焊”（Brazing），系含银之高温高强度焊接。早期欧美业界，亦称熔点600℉（315℃）以下者为软质焊锡，800℉（427℃）以上者为硬质焊锡。原文Solder定义为锡铅含金之焊料，故中译从金旁为“焊锡”，而利用高热能进行熔焊之Soldering（注意此一特定之单字，并非只加ing而已），则另从火旁用字眼的“焊接”，两者涵义并不完全相同。 2.共熔(晶)焊锡 焊锡焊料（Solder）主要成分为锡与铅，其它少量成分尚有银、铋、铟等，各有不同的熔点（M.P.），但其主要二元合金中以Sn63/Pb37之183℃为最低，由于其液化熔点（Liquidus Point）与固化熔点（Solidus Point）的往返过程中，均无过渡期间的浆态（pasty）出现，也就是已将较高的“液化熔点”与较低的“固化熔点”两者合而为一，故称为“共熔合金”。且因其粗大结晶内同时出现锡铅两种元素，于是又称为“共晶合金”。此种无杂质合金外表很光亮之“共熔组成”（Eute ctic Composition）或“共熔焊锡”（Eutectic Solder），其固化后之组织非常均匀，几无粒子出现。其合金比例之不同将影响到熔点变化，该变化之“平衡相图（Ph ase Diagram）”，图请参考第12期TPCA会刊。 另一种组成接近共熔点的Sn60/Pb40合金，则在电子业界中用途更广，主要原因是Sn较贵，在焊锡性（Solderability）与焊点强度（Joint Strength）几无差异下，减少了3﹪的支出，自然有利于成本的降低。与前者真正共熔合金比较时，此60/40者必须经历少许浆态，故其固化时间稍长，外观也较不亮，但其焊点强度并无不同。不过后者若于其固化过程中受到外力震动时，将出现外表颗粒粗麻之“扰焊”现象（Disturbed）之焊点，甚至还可能发生“缩锡”（Dewetting）之不良情形。

燃气管道施工过程中焊接质量的影响因素初探 郝晓硕

燃气管道施工过程中焊接质量的影响因素初探郝晓硕 摘要：随着我国城市化建设的开展，燃气管道施工在安全性上具有较高的要求，因此，本文对燃气管道施工过程中焊接质量的影响因素进行了分析，提出了提高 焊接质量的具体策略，希望为关注此话题的人提供有效的参考。 关键词：燃气管道；施工过程；焊接质量 燃气管道焊接处质量的把控与管理，需要完善的进行燃气管道焊接、焊接处 的质量检测等，如施工人员不能充分地把握焊接质量的影响因素，将导致燃气管 道在使用中出现燃气泄露现象，影响人们的生命安全。 一、燃气管道施工过程中焊接质量的影响因素 （一）焊接技术的滞后 现阶段，大多数燃气管道施工过程中，仍然采用相对较为落后的焊接技术， 施工团队不重视焊接技术的更新，更是忽略了新型焊接技术在燃气管道施工中的 应用，使得现阶段大多数的燃气管道焊接技术仍然处于滞后状态，施工人员无法 提高焊接的水平与标准。 （二）焊接工艺不协调 燃气管道施工中焊接工艺设计只是整个管道施工的一部分，但如若焊接工艺 的设置与其他施工工艺的开展呈现不协调的状态，将影响燃气焊接施工的质量， 造成管道焊接处的不完善，最终影响燃气管道的使用，严重时会导致燃气管道泄露。 （三）施工管理不完善 燃气管道施工过程中，需要对施工过程进行充分的管理，当施工管理人员对 焊接施工的管理不够完善时，在焊接过程、焊接处检测过程中如若出现差错，将 影响管道焊接处的质量，为管道的使用带来不良影响，为燃气管道应用带来安全 隐患。 二、提升燃气管道施工过程中焊接质量的具体策略 （一）提高焊接人员的技术水平 焊接技术是一项对操作要求较为严格的技术应用，尤其是燃气管道焊接即将 应用与燃气的运输，如若燃气管道焊接不完善，将影响燃气管道的使用效率，有 必要提高焊接技术人员的专业素质与技术水平。一方面，在施工人员的选择上， 要求焊接人员具备专业的焊接知识与焊接经验，并具备一定的焊接资质，具有相 关的焊接证件，要求焊接施工人员具备专业的施工水准。另一方面，加强对燃气 施工中焊接人员的技术培训，要求焊接行业的专家对焊接技术人员的相关操作进 行现场指导，提高焊接技术人员的技术水平，促进燃气管道焊接施工的质量得到 充分的技术保障。 （二）加强焊接施工管理 燃气管道施工的管理人员应当加强对焊接施工的管理，为焊接工作的开展提 供质量保障。首先，加强对焊接材料的监管，把握燃气管道焊接的材料是否符合 质量标准，焊接的机械设备是否完善，检查焊接材料的型号、数量、质量等是否 准备妥善，并检测焊接设备应用的有效性，确保焊接施工的完善性。其次，加强 对焊接工作开展前准备工作的检查与监督，焊接施工之前需要对焊接口处进行清理，并对焊接的角度、速度等位置进行划分，严格把控焊接施工的精准性。最后，在实际的焊接施工过程中，把握焊接技术的应用质量，对焊接残渣及时进行清理，确保焊接的质量符合施工要求。